Модернизация системы охлаждения двигателя ЗМЗ

Напряжение изгиба (МПа) в днище поршня

МПа (6.2)

где рzmax=рz=6.356 МПа – максимальное давление сгорания;

мм – внутренний радиус днища.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости. Кроме того, в целях повышения износо- и т

ермостойкости поршня целесообразно осуществить твердое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания днища, а также пригорания верхнего компрессионного кольца.

При отсутствии у днища ребер жесткости допустимые значения напряжений [sиз] (МПа) лежат в пределах:

Для поршней из алюминиевых сплавов …………….… …20-25

При наличии ребер жесткости [sиз] возрастают:

Для поршней из алюминиевых сплавов ………………… .до 50-150

Головка поршня в сечении х–х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжение сжатия в сечении х-х:

площадь сечения х – х

м2 (5.3)

где мм – диаметр поршня по дну канавок;

мм – внутренний диаметр поршня;

мм2 – площадь продольного диаметрального

сечения масляного канала.

Максимальная сжимающая сила:

МН (6.4)

Напряжение сжатия:

МПа (6.5)

Допустимые напряжения на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов [sсж] = 30 ¸ 40 МПа.

Напряжение разрыва в сечении х-х:

- максимальная угловая скорость холостого хода:

рад/с (6.6)

- масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х:

кг (6.7)

- максимальная разрывающая сила:

(6.8)

МН

Допустимые напряжения на разрыв для поршня из алюминиевых сплавов [sр] = 4 ¸ 10 МПа.

- напряжение разрыва:

МПа (6.9)

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

- среза:

МПа (6.10)

где D=93 мм – диаметр цилиндра;

hп=4 мм – толщина верхней кольцевой перемычки.

- изгиба:

МПа (6.11)

- сложное:

МПа (6.12)

допускаемые напряжения sS (МПа) в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурных нагрузок находятся в пределах:

для поршней из алюминиевых сплавов…………….…30-40.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

МПа (6.13)

МПа (6.14)

где Nmax=0.0025 МН – наибольшая нормальная сила, действующая на стенку

цилиндра при работе двигателя на режиме максималь-

ной мощности.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей q1 = 0.3 ¸ 1.0 и q2 = 0.2 ¸ 0.7 МПа.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счет установления оптимальных диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при различных тепловых нагрузках, возникающих в процессе работы дизеля. По статистическим данным для алюминиевых поршней с неразрезными юбками

∆r=(0.006 ¸ 0.008)D=0.007·93=0.651 мм (6.15)

∆ю = ( 0.001 ¸ 0.002 )D=0.002·93=0.186 мм (6.16)

Диаметры головки и юбки поршня:

мм (6.17)

мм (6.18)

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

(6.19)

мм

(6.20)

мм

где aц=11×10-6 1/К – коэффициент линейного расширения материала

цилиндра;

aп=22×10-6 1/К - коэффициент линейного расширения материала поршня;

Тц =383 К – температура стенок цилиндра;

Тr = 593 К – температура головки в рабочем состоянии;

Тю =413 К – температура юбки поршня в рабочем состоянии;

То =293 К – начальная температура цилиндра и поршня.

6.2 Расчет поршневого кольца

Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основные функции:

– герметизации надпоршневого пространства в целях максимально возможного использования тепловой энергии топлива;

– отвода избыточной доли теплоты от поршня в стенки цилиндра;

– "управление маслом", т.е. рационального распределения масляного слоя по зеркалу цилиндра и ограничения попадания масла в камеру сгорания.

Материал кольца – серый чугун. Е=1.2·105 МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

(6.21)

МПа

где мм.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности при каплевидной форме эпюры давления:

, [МПа] (6.22)

Результаты расчета р, а также μк для различных углов ψ приведены ниже:

 Скачать реферат